Detector de materia oscura

Un dispositivo definible como un “cristal cuántico” podría servir como detector de materia oscura.

La materia oscura es una forma no visible de materia (no emite ni refleja luz) que hasta ahora solo se ha puesto de manifiesto a través de su influencia gravitacional, la cual delata no solo que existe sino también que es muy abundante, más incluso que la materia normal. Se desconoce su identidad. Diversas naturalezas, algunas de ellas exóticas, han sido propuestas, pero por ahora no se ha podido demostrar ninguna de ellas, lográndose tan solo descartar algunas.

El equipo de John Bollinger, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), en Estados Unidos, ha “conectado” o “entrelazado” el movimiento mecánico de un diminuto cristal azul con sus propiedades electrónicas.

El resultado es un sensor cuántico que consiste en 150 iones de berilio (átomos cargados eléctricamente) confinados en un campo magnético de tal manera que se autoorganizan en un cristal 2D plano de apenas 200 millonésimas de metro de diámetro.

Los sensores cuánticos como este tienen la capacidad potencial de detectar la materia oscura, que podría consistir en partículas subatómicas que interactúan con la materia normal a través de un campo electromagnético débil. La presencia de materia oscura podría hacer que el cristal se moviera de forma delatadora, caracterizada por cambios colectivos entre los iones del cristal en una de sus propiedades electrónicas, conocida como espín.

John Bollinger (izquierda) y Matt Affolter, físicos del NIST, ajustan el láser y la óptica utilizados para atrapar y sondear iones de berilio en la cámara magnética (pilar blanco a la izquierda). El cristal de iones puede ayudar a detectar a la misteriosa materia oscura. (Foto: Jacobson / NIST)

Los investigadores pueden medir la excitación vibratoria del cristal (el plano que se mueve hacia arriba y hacia abajo como el parche de un tambor) vigilando los cambios en el espín colectivo. La medición del espín indica el alcance de la excitación vibratoria, lo que se conoce como desplazamiento.

Este sensor puede medir los campos eléctricos externos que tienen la misma frecuencia de vibración que el cristal con una sensibilidad más de 10 veces superior a la de cualquier sensor atómico demostrado anteriormente.

Bollinger y sus colegas exponen los detalles técnicos de su dispositivo en la revista académica Science, bajo el título “Quantum-enhanced sensing of displacements and electric fields with two-dimensional trapped-ion crystals”. (Fuente: NCYT de Amazings)